(57)【要約】【課題】夜間の安い電力を利用して沸き上げたお湯を使ってふろの追いだきを行うとともに、ヒートポンプ運転を高効率化すること。【解決手段】ふろ循環回路４２に循環と排水を切り替える三方弁３２を設け、ふろ追いだきを行う場合には、まず前記三方弁３２を排水側に切り替えて、浴槽水の排水を行ったのち、貯湯タンクの高温湯を浴槽に出湯するようにし、夜間の安い電力を利用して沸き上げたお湯を利用してふろ追いだきができるにも関わらず、浴槽水位の上昇がない。さらに、ふろ熱交換器を使用しないので、貯湯タンク内の湯の温度を下げることなくふろの追いだきができる。つまり、ヒートポンプ運転による沸き上げは、６０℃近傍の湯を沸かすことはなく、常に水を沸かすことになるので、運転効率の良いヒートポンプ運転ができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、熱交換器、膨張弁、蒸発器で構成されたヒートポンプサイクルを用いてタンク内の湯水を加熱しタンク上部から高温水を貯湯した後、風呂運転に利用するようにしたヒートポンプ給湯機であって、ふろポンプと、ふろ戻り配管と、ふろ往き配管と、温度センサーと、循環と排水を切り替える三方弁と、給湯接続口で構成されたふろ循環回路を備え、ふろの追い焚きを行う場合には、まず前記三方弁を排水側に切り替えて、浴槽水の排水を行った後、給湯接続口から浴槽に対して高温湯を出湯する指令を出力する制御手段を設けたヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
ふろ循環回路に浴槽の水位を検知する水位センサーを設け、制御手段は、前記水位センサーで検知した水位と、温度センサーで検知した浴槽水温度と、ふろの追い焚き目標温度と、設定水位から、浴槽水の排水量を計算する請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項３】
圧縮機、熱交換器、膨張弁、蒸発器で構成されたヒートポンプサイクルを用いてタンク内の湯水を加熱しタンク上部から高温水を貯湯した後、風呂運転に利用するようにしたヒートポンプ給湯機であって、ふろポンプと、ふろ戻り配管と、ふろ往き配管と、温度センサーと、循環と排水を切り替える三方弁と、給湯接続口と、水位センサーで構成されたふろ循環回路を備え、ふろの追い焚きを行う場合には、前記水位センサーで検知した水位と、前記温度センサーで検知した浴槽水温度と、ふろの追いだき目標温度と、設定水位から、浴槽水の排水を行うか否かを計算し、浴槽水の排水が不要な場合は、給湯接続口から浴槽に出湯する高温湯の温度を計算し、出湯を行う制御手段を設けたヒートポンプ給湯機。
【請求項４】
前記温度センサーは、ふろ往き配管上に設けた請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ふろ追い焚き機能を備えるヒートポンプ給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のヒートポンプ給湯機は、ふろ追い焚きを行うために、貯湯タンクの内部上層に、ふろ熱交換器を内蔵している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、特許文献１に記載された従来のヒートポンプ給湯機を示すものである。図３に示すように、貯湯タンク１と、沸き上げポンプ２と、熱交換器３と、圧縮機４と、膨張弁５と、蒸発器６と、送風機７と、ふろ熱交換器８と、ふろポンプ９、給水配管１０と、給湯配管１１と、浴槽１２とふろ戻り温度センサー１３と、ふろ往き温度センサー１４と、混合弁１５と、水位センサー１６と、ふろ戻り配管１７と、ふろ往き配管１８から構成されている。
【０００４】
圧縮機４と、熱交換器３、膨張弁５，蒸発器６で冷凍サイクルが構成され、ヒートポンプ部となる。
【０００５】
まず、冷凍サイクルを説明する。送風機７で大気熱を蒸発器６に集める。蒸発器６には、膨張弁５から低温・低圧の液体の冷媒が送られ、この冷媒が大気熱から熱を奪い、蒸発して低温・低圧のガスになる。この低温・定圧のガスは、圧縮機４で圧縮されて高温・高圧のガスになる。高温・高圧のガスが熱交換器３を通過するとき、沸き上げポンプ２で送られてきた貯湯タンク１下部の水に熱を与え（熱交換）、ガスの温度が低下する。そして、膨張弁５で蒸発しやすくするため減圧する。このサイクルにより、お湯を沸き上げる。
【０００６】
沸き上げポンプ２で送られてきた貯湯タンク１下部の水が熱交換器３で加温され、貯湯タンク１の上部に戻る。この部分が、給湯部である。沸き上げられたお湯は、給湯配管１１から給湯される。一般的に、貯湯タンク１に貯めるお湯の温度は、なるべく小さい貯湯タンク容量でたくさんの熱量を貯める事ができるように、最高９０℃程度で貯湯される。
【０００７】
また、浴槽水を加温する場合は、ふろポンプ９を駆動し、ふろ熱交換器８で加温され、浴槽１２に戻る。
【特許文献１】特開２００３−１６１５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の構成では、夜間の安い電力で沸かしたお湯を利用して、ふろの追い焚きを行うために、貯湯タンク１内にふろ熱交換器８を内蔵しているが、ふろの追い焚きを行うと貯湯タンク１内の湯温が低下する。そうすると、貯湯タンク１内の温水温度が７０℃や６０℃に低下する場合がある。
【０００９】
この場合、貯湯タンク１内の少し冷めたお湯（例えば６０℃）を再度沸かそうとした場合、熱交換器３の給湯側入口３Ａの温度が６０℃となる。この場合、熱交換器３でヒートポンプ側から給湯側に熱交換される熱量が低下し、ヒートポンプ側の冷媒の温度および圧力が高くなる。このような状態が続くと、ヒートポンプ回路の寿命の低下や故障の要因となる。よって、従来は、熱交換器３の給湯側入口温度が一定温度（例えば６０℃）になると、ヒートポンプの運転を停止していた。その結果、貯湯タンク１のお湯がぬるいまま（６０℃）となり、ふろ熱交換器８による浴槽水の加温能力が低下したり、貯湯タンク１で貯湯される熱量が少なくなってしまうという課題があった。
【００１０】
さらに、貯湯タンク１内の湯温が低下し、６０℃未満になったとすれば、ヒートポンプでの沸き上げが可能となるものの、運転効率が低下するという課題があった。
【００１１】
そこで、上記特許文献１では、上記課題を解決するためにふろ熱交換器８を使用するふろ追い焚き運転Ａと、貯湯タンク１上部の湯を浴槽１２へ出湯するふろ追い焚き運転Ｂを組み合わせていた。
【００１２】
しかしながら、貯湯タンク１上部の湯を浴槽１２へ出湯するふろ追いだき運転Ｂを行うと、浴槽の水位が高くなって浴槽からあふれてしまったり、ふろ熱交換器８を備えたにも関わらず、１００％活用できないという課題を有していた。
【００１３】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、夜間の安い電力を利用して沸き上げたお湯を使ってふろの追い焚きを行うとともに、ヒートポンプ運転の高効率化を目的としたヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯機は、ふろ循環回路に循環と排水を切り替える三方弁を設け、ふろ追い焚きを行う場合には、まず前記三方弁を排水側に切り替えて、浴槽水の排水を行ったのち、貯湯タンクの高温湯を浴槽に出湯するとしたものである。
【００１５】
これによって、夜間の安い電力を利用して沸き上げたお湯を利用してふろ追いだきができるにも関わらず、浴槽水位の上昇がない。さらに、ふろ熱交換器を使用しないので、貯湯タンク内の湯の温度を下げることなくふろの追いだきができる。つまり、ヒートポンプ運転による沸き上げは、６０℃近傍の湯を沸かすことはなく、常に水を沸かすことになるので、運転効率の良いヒートポンプ運転ができる。
【００１６】
また、本発明のヒートポンプ給湯機は、ふろ循環回路に浴槽の水位を検知する水位センサーを設け、制御手段は、前記水位センサーで検知した水位と、温度センサーで検知した浴槽水温度と、ふろの追いだき目標温度と、設定水位から、浴槽水の排水量を計算するとしたものである。
【００１７】
これによって、貯湯タンクの高温湯を浴槽に出湯するにも関わらず、浴槽水位を一定に保つことができるとともに、追いだき目標温度に正確に追いだきすることができる。
【００１８】
また、本発明のヒートポンプ給湯機は、ふろポンプと、ふろ戻り配管と、ふろ往き配管と、温度センサーと、循環と排水を切り替える三方弁と、給湯接続口と、水位センサーで構成されたふろ循環回路を備え、ふろの追い焚きを行う場合には、前記水位センサーで検知した水位と、前記温度センサーで検知した浴槽水温度と、ふろの追いだき目標温度と、設定水位から、浴槽水の排水を行うか否かを計算し、浴槽水の排水が不要な場合は、給湯接続口から浴槽に出湯する高温湯の温度を計算し、出湯を行う制御手段を設けたものである。
【００１９】
これによって、浴槽水の排水が不要な場合でも、高温湯の出湯だけで、設定温度までの追いだきを行っても、設定水位に保つことができる。
【００２０】
また、本発明のヒートポンプ給湯機は、温度センサーを、ふろ往き配管上に設けたものである。通常は浴槽の湯温を検知するために、ふろ熱交換器の入口側（ふろ戻り配管上）に設ける温度センサーと、混合弁から浴槽に出湯する湯温を検知するためにふろ往き配管上に設ける温度センサーの二つの温度センサーが必要になるが、ふろ熱交換器を持たない構成にしたため、一つの温度センサーで兼用することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のヒートポンプ給湯機は、夜間の安い電力を利用して沸き上げたお湯を利用してふろの追いだきができ、なおかつ、常に効率の良いヒートポンプ運転ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
第１の発明は、圧縮機、熱交換器、膨張弁、蒸発器で構成されたヒートポンプサイクルを用いてタンク内の湯水を加熱しタンク上部から高温水を貯湯した後、風呂運転に利用するようにしたヒートポンプ給湯機であって、ふろポンプと、ふろ戻り配管と、ふろ往き配管と、温度センサーと、循環と排水を切り替える三方弁と、給湯接続口で構成されたふろ循環回路を備え、ふろの追い焚きを行う場合には、まず前記三方弁を排水側に切り替えて、浴槽水の排水を行ったのち、給湯接続口から浴槽に対して高温湯を出湯する指令を出力する制御手段を設けたことにより、高温湯の出湯による追いだきにも関わらず、浴槽水位の上昇がなく、使い勝手がよい。また、常に貯湯タンク内の夜間の安い電力で沸き上げた高温湯を使用するので、ランニングコストが安くなる。さらに、ふろ熱交換器を使用しないので、ヒートポンプ給湯機本体のコストを下げることができる。そして、貯湯タンク内の湯の温度を下げることなくふろの追いだきができるので、常に運転効率の良いヒートポンプ運転ができる。
【００２３】
第２の発明は、ふろ循環回路に浴槽の水位を検知する水位センサーを設け、制御手段は、水位センサーで検知した水位と、温度センサーで検知した浴槽水温度と、ふろの追いだき目標温度と、設定水位から、浴槽水の排水量を計算することにより、最小限の排水に抑えることができる。また、排水後、設定水位まで、貯湯タンクの高温湯を浴槽に出湯することで、ふろの追いだき目標温度に追いだきできるとともに、浴槽水位を一定に保つことができる。
【００２４】
第３の発明は、圧縮機、熱交換器、膨張弁、蒸発器で構成されたヒートポンプサイクルを用いてタンク内の湯水を加熱しタンク上部から高温水を貯湯した後、風呂運転に利用するようにしたヒートポンプ給湯機であって、ふろポンプと、ふろ戻り配管と、ふろ往き配管と、温度センサーと、循環と排水を切り替える三方弁と、給湯接続口と、水位センサーで構成されたふろ循環回路を備え、ふろの追いだきを行う場合には、前記水位センサーで検知した水位と、前記温度センサーで検知した浴槽水温度と、ふろの追いだき目標温度と、設定水位から、浴槽水の排水を行うか否かを計算し、浴槽水の排水が不要な場合は、給湯接続口から浴槽に出湯する高温湯の温度を計算し、出湯を行う制御手段を設けたことにより、追いだき前の水位が低く浴槽水の排水が不要な場合には、排水せずに高温湯の出湯によるおいだきができるので、エネルギーの無駄がない。また、高温湯の出湯温度を計算するので、設定水位まで出湯することにより、ふろの追いだき目標温度に正確に追いだきすることができる。言い換えれば、追いだきしすぎて熱くならない。
【００２５】
第４の発明は、第１〜３の発明において、温度センサーはふろ往き配管上に設けたもので、この温度センサーにより浴槽の湯温の検知と、混合弁から浴槽に出湯する湯温を検知の両方に利用することができ、ヒートポンプ給湯機を安価に構成することができる。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機のシステム図を示すものである。
【００２８】
図１において、２１は貯湯タンク、２２は沸き上げポンプ、２３は熱交換器、２４は圧縮機、２５は膨張弁、２６は蒸発器、２７は送風機である。圧縮機２４と、熱交換器２３、膨張弁２５、蒸発器２６で冷凍サイクルが構成され、ヒートポンプ部となる。２８は浴槽、２９はふろ戻り配管、３０は水位センサー、３１はふろポンプ、３２はふろポンプ３１から送られる浴槽水を循環させるのか排水させるのか切り替える三方弁、３３は三方弁３１につながる排水配管、３４は貯湯タンク２１の下部に接続される給水配管、３５は貯湯タンク２１の上部に接続される給湯配管、３６は水とお湯を混合してふろ循環回路に出湯する混合弁、３７は温度センサー、３８はふろ往き配管、３９は貯湯タンク２１内の湯温を検知する貯湯温度センサー、４０は制御手段、４１は混合弁３６の出口とふろ循環回路４２をつなぐ給湯接続口、４２はふろ戻り配管２９とふろ往き配管３８と温度センサー３７と三方弁３２と給湯接続口４１とふろポンプ３１で構成されるふろ循環回路である。
【００２９】
制御手段４０は、各負荷や各センサーに電気的に接続されているが、図面上には示さない。
【００３０】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、その動作、作用を説明する。
【００３１】
まず、ヒートポンプによる貯湯タンク２１内の水を沸き上げる動作については、従来と変わらないので省略する。
【００３２】
続いて、浴槽２８にお湯張りする場合について説明する。ヒートポンプ給湯機のリモコン（図示せず）で、自動湯張りのスイッチが押されると、制御手段４０は、三方弁３２を閉状態にする。三方弁３２は、ふろポンプ３１側を入口とし、出口を排水配管３３側と給湯接続口４１側に切り替えることができるとともに、出口を閉状態にすることもできる。
【００３３】
自動湯張りの温度設定が例えば４０℃の場合、制御手段４０は、温度センサー３７の検知温度が４０℃になるように、混合弁３６の水とお湯の混合比を調節する。同時に、制御手段４０は、水位センサー３０で水位を監視する。水位センサーが圧力式の場合、ふろ戻り配管２９が浴槽２８につながっている位置を基点として圧力変化を検知する方式が一般的である。ふろ戻り配管２９を浴槽２８の底面から１５ｃｍの位置に取り付けるように工事指導するとして、自動湯張りの水位設定が例えば４０ｃｍの場合、水位センサー３０が４０ｃｍ−１５ｃｍ＝２５ｃｍの水位上昇を検知すれば、制御手段４０は混合弁３６からの出湯を停止させる。
【００３４】
次に、足し湯動作について説明する。水位センサー３０が設定水位より３ｃｍ水位が低下したのを検出すると、制御手段４０は混合弁３６から出湯を行う。そして、水位センサー３０が設定水位を検出すると、制御手段４０は混合弁３６から出湯を停止させる。
【００３５】
次に、浴槽水の保温動作および、追いだき動作について、図２のフローチャートを用いて説明する。
【００３６】
浴槽水を保温する場合、まず、水位センサーで現在水位を確認する（ステップ１）。この時の水位をＨ０（ｃｍ）とする。次に、三方弁３２を循環側にし、ふろポンプ３１を作動させ、浴槽水を循環させる（ステップ２）。３０秒間循環させ、温度センサー３７で現在温度を確認する（ステップ３）。この時の温度をＴ０（℃）とする。設定水位と設定温度をそれぞれＨ１（ｃｍ）、Ｔ１（℃）とし、貯湯温度センサー３９の検知温度をＴ２（℃）とする。浴槽水をＤ（ｃｍ）排水し、貯湯タンク２１の高温湯を浴槽２８に出湯することで保温（追いだき）を行うと次式が成り立つ。
（Ｈ０−Ｄ）×Ｔ０＋（Ｈ１−Ｈ０＋Ｄ）×Ｔ２＝Ｈ１×Ｔ１
上式より、排水量Ｄは、
Ｄ＝（（Ｔ２−Ｔ０）×Ｈ０−（Ｔ２−Ｔ１）×Ｈ１）／（Ｔ２−Ｔ０）
で求められる（ステップ４）。
【００３７】
例えば、追いだき前の水位Ｈ０＝４０ｃｍ、湯温Ｔ０＝３９℃、設定水位Ｈ１＝４０ｃｍ、設定温度Ｔ１＝４０℃、貯湯温度センサー３９の検知温度Ｔ２＝８０℃とすると、Ｄ＝０．９８ｃｍとなる。
【００３８】
よって、０．９８ｃｍ水位が下がるように、浴槽水の排水を行う（ステップ５）。浴槽水の排水は、三方弁３２を排水配管３３側に切り替え、ふろポンプ３１を運転することによって行う。排水の終了には、三方弁３２を閉状態にし、ふろポンプ３１を停止させる。
【００３９】
排水の終了後、混合弁３６から、貯湯タンク２１の高温湯を給湯接続口４１、ふろ往き配管３８を経由して、浴槽２８に出湯する（ステップ６）。水位センサー３０が設定水位を検知すれば、出湯を停止する（ステップ７、８、９）。
【００４０】
このように、排水量を計算して、排水後、高温湯を浴槽２８に出湯することにより、水位を上昇させずに、追いだきを行うことができる。
【００４１】
また、追いだき前の水位が設定水位より低い場合に、上記排水量Ｄの計算結果が負の値になることがある。これは、追いだき前の水位が低いので、貯湯タンク２１の高温湯をそのまま浴槽２８に対して出湯すると、水位が低かった分、たくさんの高温湯を出湯することになり、そのままでは設定温度を超えてしまうということである。
【００４２】
排水量Ｄの計算結果が負の場合は、排水を行わず、なおかつ、貯湯タンク２１の高温湯をそのまま出湯するのではなく、混合弁３６で下記の温度計算結果Ｔ３に調整して出湯する。
Ｈ０×Ｔ０＋（Ｈ１−Ｈ０）Ｔ３＝Ｈ１×Ｔ１
が成り立つので、Ｔ３は、
Ｔ３＝（Ｈ１×Ｔ１−Ｈ０×Ｔ０）／（Ｈ１−Ｈ０）
となる（ステップ１０、１１）。
【００４３】
例えば、追いだき前の水位Ｈ０＝３８ｃｍ、湯温Ｔ０＝３９℃、設定水位Ｈ１＝４０ｃｍ、設定温度Ｔ１＝４０℃とすると、Ｔ３＝５９℃となる。
【００４４】
このように、排水の必要性を判断し、排水の必要がない場合は、貯湯タンク２１の高温湯をそのまま出湯するのではなく、混合弁３６で上記温度計算結果Ｔ３に調整して出湯することにより、排水によるエネルギーの無駄を抑えるばかりでなく、出湯後は、設定水位、設定温度にすることができる。
【００４５】
また、温度センサー３７は、一つの温度センサーにも関わらず、浴槽水の循環時には、浴槽湯温の検知を行い、混合弁３６からの出湯時には出湯温度の検知に利用できる。
【００４６】
そして、上記のように、ふろの追いだきは高温湯の出湯による方法とすることができるので、次のような理由でヒートポンプ運転の高効率化ができる。ふろ追いだきを高温湯の出湯としたので、追いだき時には貯湯タンク２１のお湯が使用される。貯湯タンク２１のお湯が使われると、給水配管３４から水が貯湯タンク２１に給水される。夜間の電気料金の安い時間帯になると、ヒートポンプ運転が開始される。ヒートポンプ運転による沸き上げは、貯湯タンク２１の下部の水を沸き上げポンプ２２で熱交換器２３に送り、熱交換器２３で高温湯に沸き上げられて貯湯タンク２１の上部に戻る。この時、熱交換器２２に送られる水は、水道水の温度（例えば２０℃）なので、ヒートポンプ運転の効率が高い。
【００４７】
なお、浴槽水の排水は、ふろポンプ３１を運転させる例を示したが、ふろ戻り配管２９が下り勾配であれば、ふろポンプ３１を運転させなくても排水が可能である。
【００４８】
なお、浴槽２８への高温湯の出湯は、貯湯タンク２１に沸き上がっている高温湯をそのまま出湯する例をしめしたが、安全上の配慮から高温湯の温度を少し下げてもよい。例えば６０℃。その場合、排水量Ｄの計算に用いるＴ２は、貯湯温度センサー３９の検知温度ではなく、出湯する温度（例えば６０℃）を用いる。但し、排水量Ｄが増えるので、少しエネルギーの無駄を生じる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、夜間の安い電力を利用して沸き上げたお湯を利用してふろの追いだきができ、なおかつ、常に効率の良いヒートポンプ運転ができるので、追いだき機能を備えるヒートポンプ給湯機に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機のシステム図
【図２】同ヒートポンプ給湯機の動作フローチャート
【図３】従来のヒートポンプ給湯機のシステム図
【符号の説明】
【００５１】
２８  浴槽
２９  ふろ戻り配管
３０  水位センサー
３１  ふろポンプ
３２  三方弁
３７  温度センサー
３８  ふろ往き配管
４０  制御手段
４１  給湯接続口
４２  ふろ循環回路
【図１】
2005147500.tif 000003
【図２】
2005147500.tif 000004
【図３】
2005147500.tif 000005